Ecosistema Pág

Puntos más importantes

¿Qué es un ecosistema?

Tomado de Khan Academy

✓ Un ecosistema se compone de una comunidad de organismos con su entorno físico.

✓ Los ecosistemas pueden ser de diferentes tamaños; pueden ser marinos, acuáticos o terrestres. Las categorías generales de los ecosistemas terrestres se conocen como biomas. ✓ En los ecosistemas, tanto la materia como la energía se conservan. La energía fluye a través del sistema, generalmente de luz a calor, y la materia se recicla. ✓ Los ecosistemas con mayor diversidad tienden a ser más estables, con mayor resistencia y resiliencia de frente a las perturbaciones o eventos perjudiciales.

Introducción

¿Qué tienen en común las pozas de marea de la costa de California y la selva amazónica en Sudamérica? A pesar de los varios órdenes de magnitud en tamaño

que hay entre ellas, ambas son ejemplos de ecosistemas: comunidades de organismos que viven juntos, en combinación con su medio ambiente físico.

Crédito de imagen: izquierda, Tide pools at Half Moon Bay (Pozas de marea en la Bahía de la Media Luna) por Brocken Inaglory, CC BY-SA 4.0; derecha, Aerial view of the Amazon rainforest (Vista aérea de la selva del Amazonas) por Neil Palmer/CIAT, Center for International Forestry Research, CC BY 2.0

Como recordatorio, una comunidad está compuesta de todas las poblaciones de todas

las especies que viven juntas en una área particular. Los conceptos de ecosistema y comunidad están estrechamente relacionados, la diferencia es que un ecosistema

incluye al medio ambiente físico, mientras que la comunidad no lo hace. En otras

palabras, una comunidad es el componente biótico, vivo, de un ecosistema. Además

de este componente biótico, el ecosistema también incluye un componente abiótico:

el entorno físico.

Los ecosistemas pueden ser pequeños, como las pozas de marea que se encuentran

cerca de las costas rocosas de muchos océanos, o muy grandes, como la selva

amazónica en Sudamérica. Básicamente, su delimitación depende del ecólogo que lo

estudia, quien define su tamaño de manera que tenga sentido para resolver las

preguntas de su interés.

¿Cómo son los ecosistemas?

La respuesta corta: ¡increíblemente diversos! No solo pueden variar en tamaño, sino

que también difieren en cualquiera de las características bióticas y abióticas que te

puedas imaginar.

Algunos ecosistemas son marinos, otros de agua dulce y otros, terrestres. Los ecosistemas oceánicos son los más comunes en la Tierra, ya que los océanos y los

seres vivos que los habitan cubren el 75% de la superficie del planeta. Los ecosistemas de agua dulce son los más raros, ya que solo abarcan el 1.8% de la

superficie de la Tierra. Los ecosistemas terrestres cubren el porcentaje restante.

Los ecosistemas terrestres pueden agruparse aún más en categorías generales basadas

principalmente en el clima, conocidas como biomas. Algunos ejemplos de biomas terrestres son las selvas, sabanas, desiertos, bosques de coníferas, bosques

caducifolios y la tundra. El mapa siguiente muestra la distribución general de los

biomas en la tierra.

Crédito de imagen: Biomas: Figura 2 por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0

Incluso dentro de un bioma puede haber mucha diversidad. Por ejemplo, tanto el desierto de Sonora, a la izquierda, como el interior de la isla Boa Vista, a la derecha, se clasifican como desiertos, pero tienen comunidades ecológicas muy diferentes. Hay

muchas más especies de plantas y animales viviendo en el desierto de Sonora.

Crédito de imagen: izquerda, Sonoran desert (Desierto de Sonora) por Highqueue, dominio público; derecha, Rock desert

(hamada) inside the island of Boa Vista (Desierto rocoso al interior de la isla Boa Vista) por Ingo Wölbern, dominio público

Energía y materia en los ecosistemas A los ecólogos de ecosistemas a menudo les interesa rastrear el movimiento de la energía y la materia a través de los ecosistemas. Veremos con más detalle el movimiento de la energía y la materia cuando consideremos las redes tróficas, redes de organismos que se alimentan unos de otros, y los ciclos biogeoquímicos, las rutas que toman los elementos químicos en su movimiento a través de la biósfera. Los organismos que se encuentran en un ecosistema tienden a tener adaptaciones, características beneficiosas que surgen por selección natural, que les ayudan a obtener la materia y la energía que requieren en el contexto de un ecosistema específico.

Pero antes de que entremos en detalles, echemos un vistazo a las características fundamentales del transporte de la energía y la materia a través de los ecosistemas. Tanto la energía como la materia se conservan, no se crean ni se destruyen, solo siguen rutas distintas a través de los ecosistemas.

✓ La materia se recicla: los mismos átomos son usados una y otra vez. ✓ La energía fluye a través del ecosistema, usualmente entra en forma de luz y sale en forma de calor.

La materia se recicla La materia se recicla a través de los ecosistemas de la Tierra, aunque puede pasar de un ecosistema a otro, como sucede cuando los nutrientes son arrastrados hacia un río. Los mismos átomos se usan una y otra vez, forman diferentes compuestos químicos y se incorporan a los cuerpos de distintos organismos.

Como ejemplo, veamos cómo los nutrientes químicos se mueven a través de un ecosistema terrestre. Una planta terrestre toma dióxido de carbono de la atmósfera y absorbe otros nutrientes, como el nitrógeno y el fósforo, del suelo; con ellos forma las moléculas que conforman sus células. Cuando un animal come la planta, usa las moléculas de esta para obtener energía y materia para sus propias células, a menudo reorganizando los átomos y moléculas en nuevas formas.

Cuando las plantas y los animales llevan a cabo la respiración celular —descomponen las moléculas para usarlas como combustible— se libera dióxido de carbono hacia la atmósfera. De manera similar, cuando excretan desechos o mueren, sus compuestos químicos son utilizados por las bacterias y los hongos como fuente de energía y material de construcción. Estos descomponedores liberan moléculas sencillas de vuelta al suelo y a la atmósfera, donde pueden ser absorbidos nuevamente en la siguiente ronda del ciclo.

Crédito de imagen: basada en una imagen semejante de J. A. Nilsson

Gracias a este reciclaje, los átomos que componen tu cuerpo ahora mismo han tenido historias largas y únicas. ¡Probablemente han sido parte de plantas, animales, otras personas e incluso dinosaurios.

El flujo de la energía es unidireccional. A diferencia de la materia, la energía no puede ser reciclada en los ecosistemas. En cambio, su flujo a través de ellos es una vía de un solo sentido, generalmente, de luz a calor.

La energía generalmente ingresa en los ecosistemas como luz solar y es capturada en forma química por los fotosintetizadores como las plantas y algas. Entonces pasa a través del ecosistema, cambiando de forma a medida que los organismos metabolizan, producen desechos, se comen entre ellos y finalmente mueren y se descomponen.

Cada vez que la energía cambia de forma, parte de ella se convierte en calor. El calor sigue contando como energía, y por lo tanto, ninguna parte de ella se destruye, pero los seres vivos generalmente no pueden utilizar el calor como fuente de energía. Al final, la energía que entró en el ecosistema como luz solar se disipa como calor e irradia de vuelta hacia el espacio.

Crédito de imagen: basada en una imagen semejante de J. A. Nilsson

Este flujo de energía unidireccional a través de los ecosistemas significa que cada ecosistema necesita un suministro constante de energía, usualmente en forma de luz solar, para poder funcionar. La energía puede pasar entre organismos, pero no puede ser reciclada porque parte de ella se pierde en forma de calor en cada transferencia.

Estabilidad y dinámica de los ecosistemas Los ecosistemas son sistemas dinámicos y un ecosistema estático sería un ecosistema muerto, del mismo modo que una célula estática es una célula muerta. Como lo mencionamos anteriormente, la energía fluye constantemente a través de los ecosistemas y los nutrientes químicos se reciclan continuamente. A un nivel de organización más alto, los organismos nace y mueren, las poblaciones fluctúan en sus cifras y los patrones climáticos varían estacionalmente y en formas cada vez menos predecibles.

Equilibrio y perturbación El equilibrio es el estado estable de un ecosistema, en el que su composición e identidad permanecen generalmente constantes a pesar de las variaciones en las condiciones físicas y la estructura de la comunidad biótica. El equilibrio de los ecosistemas puede romperse por perturbaciones, sucesos adversos que afecten su composición.

Algunas perturbaciones son el resultado de procesos naturales. Por ejemplo, los incendios son una perturbación que puede ser provocada por la caída de un rayo en un ecosistema de pradera o bosque. Otras perturbaciones son el resultado de la actividad humana; algunos ejemplos son la lluvia ácida, la deforestación, la proliferación de algas y la introducción de especies invasoras.

Los diferentes ecosistemas responden de distinta forma a la misma perturbación: algunos se recuperan rápidamente, mientras que otros lo hacen lentamente o no se recuperan en absoluto.

Resistencia y resiliencia Los ecólogos algunas veces usan dos parámetros para describir cómo responde un ecosistema ante una perturbación: resistencia y resiliencia. La capacidad de un ecosistema para permanecer en equilibrio a pesar de las perturbaciones se llama resistencia. La rapidez con la que el ecosistema recupera su equilibrio después de una perturbación es su resiliencia. Algunos ecólogos consideran que la resistencia es un componente de la resiliencia, uno que actúa en una escala de tiempo corta.

Muchos ecólogos piensan que la biodiversidad de un ecosistema juega un papel clave en la estabilidad. Por ejemplo, si solo existiera una especie de planta con una función particular en un ecosistema, una perturbación que dañe a esa especie —digamos, una sequía para una especie sensible a ella— puede tener un fuerte impacto en el ecosistema en conjunto. En cambio, si hay varias plantas con funciones parecidas, hay una mayor probabilidad de que alguna sea resistente a la sequía y pueda ayudar a todo el ecosistema a sobrevivir al periodo seco.

La resistencia y la resiliencia de un ecosistema son importantes cuando consideramos los efectos de las perturbaciones provocadas por la actividad humana. Si una perturbación es lo suficientemente grave, puede cambiar al ecosistema más allá del punto de recuperación y llevarlo hasta donde ya no es resiliente. Una perturbación de este tipo puede conducir a una alteración permanente o a la pérdida del ecosistema.

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Cadenas alimenticias y redes tróficas

Cómo representan el flujo de materia y energía las cadenas alimenticias y las redes tróficas. Los

niveles tróficos y la eficiencia de la transferencia de energía.

Tomado de Khan Academy

Puntos más importantes:

✓ Los productores, o autótrofos, fabrican su propias moléculas orgánicas. Los consumidores, o heterótrofos, obtienen las moléculas orgánicas al comer a otros organismos.

✓ Una cadena alimentaria es una secuencia lineal de organismos a través de la cual los nutrientes y la energía pasan de un organismo a otro mediante

consumo.

✓ En una cadena alimentaria, cada organismo ocupa un nivel trófico diferente, definido por cuántas transferencias de energía lo separan de la entrada en la base de la cadena.

✓ Las redes tróficas consisten de varias cadenas alimentarias interconectadas y son una representación más realista de las relaciones de consumo en los ecosistemas.

✓ La transferencia de energía entre niveles tróficos es ineficiente, con una eficiencia típica de alrededor del 10%. Esta ineficacia limita la longitud de las cadenas alimentarias.

Introducción

Los organismos de diferentes especies interactúan de muchas maneras. Pueden competir o ser simbiontes, compañeros a largo plazo con una asociación muy cercana. Por supuesto, pueden hacer lo que a menudo vemos en los programas de la naturaleza: uno se come a otro: ¡ñam! Esto es, pueden formar uno de los eslabones de la cadena alimentaria.

En ecología, una cadena alimentaria o cadena trófica es una serie de organismos que se comen entre ellos de forma que la energía y los nutrientes fluyan de uno al otro. Por ejemplo, si comiste una hamburguesa en el almuerzo, eres parte de una cadena alimentaria que se ve así: pasto → vaca → humano. Pero, ¿qué pasa si tu hamburguesa llevaba lechuga? En ese caso, también eres parte de una cadena alimentaria como esta: lechuga → humano.

Como ilustra este ejemplo, no siempre podemos describir completamente lo que come un organismo, como el humano, mediante una vía lineal. Para situaciones como la de arriba, preferiríamos utilizar una red trófica, que está conformada por muchas cadenas alimentarias que se intersecan y que representan las diferentes cosas que un organismo puede comer, así como de qué otros organismos puede ser alimento.

En este artículo, estudiaremos más de cerca las cadenas alimentarias y redes tróficas para ver cómo representan el flujo de energía y nutrientes a través de los ecosistemas.

Autótrofos contra heterótrofos

¿Qué estrategias básicas usan los organismos para obtener comida? Algunos organismos, llamados autótrofos, también conocidos como "los que se alimentan a sí mismos", pueden producir su propia comida, esto es, fabrican sus propios compuestos orgánicos a partir de moléculas sencillas como el dióxido de carbono.

Hay dos tipos básicos de autótrofos:

✓ Los fotoautótrofos, como las plantas, usan la energía solar para producir compuestos orgánicos —azúcares— a partir del dióxido de carbono mediante la fotosíntesis. Otros ejemplos de fotoautótrofos son las algas y las cianobacterias.

✓ Los quimioautótrofos usan la energía de sustancias químicas para producir compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono o moléculas similares. Este proceso se conoce como quimiosíntesis. Como ejemplo, hay bacterias quimioautótrofas que oxidan el ácido sulfhídrico que se encuentra en las comunidades de las fuentes hidrotermales en el fondo del mar, donde no llega la luz.

Los autótrofos son la base de todos los ecosistemas del planeta. Esto puede sonar muy dramático, ¡pero no es ninguna exageración! Los autótrofos forman la base de las cadenas alimentarias y las redes tróficas, y la energía que obtienen de la luz o las sustancias químicas sostiene a los demás organismos en la comunidad. Cuando hablamos de la función de los autótrofos dentro de las cadenas alimentarias, los

llamamos productores.

Los heterótrofos, también conocidos como "los que se alimentan de otros", no pueden capturar la energía luminosa o química para fabricar su propia comida a partir de dióxido de carbono. Los humanos somos heterótrofos. Los heterótrofos obtenemos las moléculas orgánicas comiendo a otros organismos o sus productos. Los animales, los hongos y muchas bacterias son heterótrofos. Cuando hablamos de la función de los heterótrofos en las cadenas alimentarias, los llamamos consumidores. Como veremos enseguida, hay muchos tipos diferentes de consumidores con distintas funciones ecológicas, de los insectos que comen plantas, a los animales que comen carne, a los hongos que se alimentan de los residuos y desechos.

Cadenas alimentarias Ahora, podemos echar un vistazo a cómo se mueven la energía y los nutrientes a través de una comunidad ecológica. Empecemos con algunas relaciones de quién se come a quién en una cadena alimentaria.

Una cadena alimentaria es una secuencia lineal de organismos a través de la cual la energía y los nutrientes se transfieren cuando un organismo se come a otro. Veamos las partes de una cadena alimentaria típica, comenzando desde la base —los productores— y moviéndonos hacia arriba.

✓ En la base de la cadena alimentaria se encuentran los productores primarios. Los productores primarios son autótrofos y por lo general son plantas, algas o cianobacterias.

✓ Los organismos que comen productores primarios se llaman consumidores primarios. Los consumidores primarios usualmente son herbívoros que comen plantas, aunque también pueden ser consumidores de algas o bacterias.

✓ Los organismos que se comen a los consumidores primarios se llaman consumidores secundarios. Los consumidores secundarios por lo general comen carne: son carnívoros.

✓ Los organismos que comen consumidores secundarios se llaman consumidores terciarios y son carnívoros que comen carnívoros, como las águilas o los peces grandes.

✓ Algunas cadenas alimentarias tienen niveles adicionales, como los consumidores cuaternarios: carnívoros que comen consumidores terciarios.

Los organismos que se encuentran hasta arriba en la cadena alimentaria se llaman superdepredadores.

Podemos ver ejemplos de estos niveles en el diagrama siguiente. Las algas verdes son productores primarios que son consumidas por moluscos, los consumidores primarios. Luego los moluscos se convierten en el almuerzo del Cottus cognatus, un pez que es un consumidor secundario y la comida de un pez más grande: el salmón real, un consumidor terciario.

Crédito de imagen: Ecología de ecosistemas: Figura 3 por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0

Cada una de las categorías anteriores se denomina nivel trófico y refleja cuántas transferencias de energía y nutrientes —cuántos pasos de consumo— separan a un organismo de la fuente original de la cadena alimenticia, la luz por ejemplo. Como veremos más adelante, asignar los organismos a los niveles tróficos no siempre es obvio; los humanos, por ejemplo, son omnívoros que pueden comer plantas y animales.

Descomponedores Hay otro grupo que vale la pena mencionar, aunque no siempre aparece en los diagramas de cadenas alimentarias. Este grupo es el de los descomponedores, organismos que degradan la materia orgánica muerta y los desechos.

A veces se considera a los descomponedores como un nivel trófico en sí mismo. Como grupo, consumen la materia muerta y los productos de desecho que provienen de los demás niveles tróficos; por ejemplo, consumen materia vegetal en descomposición, el cuerpo a medio comer de una ardilla o los restos de un águila muerta. En cierto sentido, el nivel de los descomponedores es paralelo a los de la jerarquía estándar de los consumidores primarios, secundarios y terciarios.

Crédito de imagen: izquierda, Decomposers (Descomponedores) por Courtney Celley/USFWS, CC BY 2.0; derecha, Earthworm (Lombriz de tierra) por Luis Miguel Bugallo Sánchez, CC BY-SA 3.0

Los hongos y bacterias son los descomponedores clave de muchos ecosistemas: usan la energía química en la materia muerta y los desechos para sus propios procesos metabólicos. Otros descomponedores son los detritívoros: consumidores de desechos y consumidores de residuos. Estos generalmente son animales multicelulares como las lombrices de tierra, los cangrejos, las babosas o los buitres. No solo se alimentan de materia orgánica muerta sino que la fragmentan también, lo que la pone a disposición de las bacterias y los hongos descomponedores.

Redes tróficas

Las cadenas alimentarias nos dan una imagen clara de quién se come a quién. Sin embargo, surgen algunos problemas cuando tratamos de usarlas para describir comunidades ecológicas completas.

Por ejemplo, un organismo a veces puede comer muchos tipos de presa diferentes o ser consumido por varios depredadores, incluyendo aquellos que se encuentran en distintos niveles tróficos. ¡Eso es lo que sucede cuando te comes una hamburguesa! La vaca es un consumidor primario y la hoja de lechuga es un productor primario.

Para representar estas relaciones con más precisión, podemos usar una red trófica, una gráfica que muestra todas las interacciones tróficas (asociadas a la alimentación) entre las diferentes especies de un ecosistema. El diagrama de abajo muestra un ejemplo de una red trófica del Lago Ontario. Los productores primarios están marcados en verde, los consumidores primarios en naranja, los consumidores secundarios en azul y los consumidores terciarios en morado.

Crédito de imagen: Ecología de ecosistemas: Figura 5 por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0; obra original del NOAA, GLERL

En las redes tróficas, las flechas apuntan desde un organismo que es devorado hacia el que se lo come. Como muestra la red trófica de arriba, algunas especies pueden comer organismos de más de un nivel trófico. Por ejemplo, los camarones misidáceos comen tanto productores primarios como consumidores primarios.

Redes tróficas de pastoreo contra redes tróficas de detritos Las redes tróficas normalmente no muestran a los descomponedores, puede que hayas notado que la red trófica del Lago Ontario que vimos anteriormente no lo hace. No obstante, todos los ecosistemas necesitan formas de reciclar la materia muerta y los desechos. Esto significa que los descomponedores en realidad están ahí, aunque no se los mencione mucho. Por ejemplo, en el ecosistema de pradera que se muestra abajo, hay una red trófica de pastoreo de plantas y animales que alimentan la red trófica de detritos de bacterias, hongos y detritívoros. La red de detritos se muestra en forma simplificada en la banda café que se encuentra en la parte inferior del diagrama. En realidad, consiste de varias especies relacionadas mediante interacciones de alimentación específicas, conectadas por flechas, como sucede con la red de pastoreo en la parte superior. Las redes de detritos pueden proveer de energía a las redes de pastoreo, como cuando un petirrojo come una lombriz de tierra.

Crédito de imagen: modificada de El flujo de energía a través de los ecosistemas: Figura 5 por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.

La eficiencia en la transferencia de energía limita la longitud de las cadenas alimentarias

La energía se transfiere entre los niveles tróficos cuando un organismo se come a otro y obtiene las moléculas ricas en energía del cuerpo de su presa. Sin embargo, esta transferencia es ineficiente y esta ineficacia limita la longitud de las cadenas alimentarias.

Cuando la energía entra en un nivel trófico, parte de ella es almacenada como biomasa, pasa a formar parte del cuerpo del organismo. Esta es la energía que queda disponible para el siguiente nivel trófico, ya que solo la energía almacenada como biomasa puede ser consumida. Por regla general, solo alrededor del 10% de la energía almacenada como biomasa en un nivel trófico, por unidad de tiempo, termina como biomasa en el siguiente nivel trófico, en la misma unidad de tiempo. Es bueno tener en mente esta regla del 10% de transferencia de energía.

Como ejemplo, supongamos que los productores primarios de un ecosistema almacenan 20 000 kcal/m2/año de energía en biomasa. Esta es también la cantidad de energía disponible por año para los consumidores primarios que se comen a los productores. La regla del 10% predice que los consumidores primarios solo almacenarán 2000 kcal/m2/año de energía en sus cuerpos, lo que reduce la tasa a la que los depredadores —consumidores secundarios— pueden disponer de energía.

Este patrón de transferencia parcial limita la longitud de las cadenas alimentarias; después de cierto número de niveles tróficos, por lo general entre tres y seis, la energía que fluye es muy poca para mantener una población de un nivel superior.

Crédito de imagen: modificación de Ecological pyramid (Pirámide ecológica) por CK-12 Foundation, CC BY-NC 3.0

¿Por qué sale tanta energía entre un nivel trófico y el siguiente? Estas son algunas de las razones principales que explican la transferencia de energía ineficiente:

✓ En cada nivel trófico, una cantidad significativa de energía se disipa como calor a medida que los organismos llevan a cabo la respiración celular y realizan sus vidas diarias. ✓ Parte de las moléculas orgánicas que consume un organismo no son digeridas y salen del cuerpo como heces, excrementos, en lugar de ser utilizadas. ✓ No todos los organismos individuales en un nivel trófico serán devorados por los organismos del siguiente nivel, algunos morirán sin haber sido consumidos.

Las heces y los organismos muertos no consumidos se convierten en alimento para los descomponedores, quienes los metabolizan y convierten su energía en calor mediante la respiración celular. Así que, la energía no desaparece en realidad, al final toda termina como calor.

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